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Procédé pour établir un joint entre deux éléments métalliques en coulant un corps métallique autour d'eux ***************
La présente invention a pour objet un procédé pour établir un joint entre deux éléments métalliques en
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coulant un corps métallique autour d'eux. Ce procédé est applicable à la plupart des cas où l'on peut utiliser une jonction par joint soudé et à d'autres cas et, en général, il donne un résultat supérieur à celui obtenu avec un joint soudée
Dans ce procédé général, on enferme les parties à joindre dans un moule préférablement métallique et l'on verse le métal dans ce moule de façon à le remplir et à entourer ainsi les parties à joindre.
Le moule peut constituer un élément permanent du joint ou être prévu pour être enlevé lorsque l'opération de coulée est terminée.
Suivant l'invention, on prépare la coulée du métal en remplissant le moule aveo un flux qui est chauffé approximativement à la température à laquelle le métal est coulé. Ce flux doit être un liquide stable à cette température, c'est-à-dire qu'il ne dait pas être près de son point d'ébullition. De préférence, on fait parvenir au moule de la chaleur depuis une source extérieure, dans le but d'obtenir la température désirée à son intérieur, ce chauffage étant poursuivi jusqu'à ce que le moule ainsi que les parties situées à son intérieur aient atteint avantageusement une température approximativement uniforme.
Le métal fondu est alors admis dans le moule et il déplace le flux qui s'écoule au-dehors par une ouverture prévue au
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sommet du moule. Pendant la ooulée du métal, on cesse de chauffer le moule. Lorsque le métal a atteint l'ouverture du sommet du moule, la vitesse de coulée est diminuée mais celle-ci est préférablement continuée goutte à goutte jusqu'à ce que le métal se solidifie à l'ouverture de sortie.
Sur le dessin annexé sont illustrées, à titre d'exemple seulement, deux formes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
La figure 1 représente en coupe une disposition employée pour faire un joint entre un tuyau métallique et une enveloppe métallique au point où le tuyau entre dans l'enveloppe, le moule métallique utilisé pouvant être enlevé subséquemment. La coupe est faite par I-I en figure 2i la figure 2 est une coupe transversale par IL-11 en figure 1 et elle illustre le procédé de coulée;
la figure 3 représente en coupe par III-III en figure 4 une autre disposition pour faire un joint entre un tuyau métallique et une enveloppe métallique au point où le tuyau entre dans l'enveloppe, le moula métallique utilisé étant prévu pour rester en permanence en positionµ la figure 4 est une coupe transversale par IV-IV
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en figure %
Sur les figures 1 et 2 est représentée une dispo.. sition se prêtant à l'établissement, par coulée d'un métal, d'un joint étanohe au pointoù un tuyau l, pouvant être par exemple en plob entre dans l'ouverture d'une enveloppe métallique 2 pouvant être en plob, cuivre ou en un autre métal.
La .fonction entre le tuyau et l'enveloppe est en- fermée dans un moule en fonte formé de deux moitiés 3 et 4 dont les faces se trouvant en engagement l'une avec l'autre sont aplanies mécaniquement; les deux moitiés 3 et 4 soit assemblées au moyen de boulons 5 et d'écrous 6 s'engageant dans des oreilles de serrage 7 formées sur la face externe des deux moitiés 3 et 4. vant d'introduire le tuyau ou tube 1 dans l'enveloppe 2, on insère partiellement dans l'ouverture de l'enveloppe un collier 13 relativement large qui est relié à l'enveloppe au moyen d'un joint soudé 14.
de Le diamètre intérieur du cailler 13 en forme/collier de bouterolle est suffisamment grand pour permettre le passage du tuyau 1 dans l'enveloppe 2 et la section du collier présente une forme telle qu'une rainure à étoupe 15 est formée autour du tuyau. Dans la rainure 15 est placée une garniture de laine de plomb 16 qui forme un joint étanche pour empêcher le passage du métal de coulée liquide de l'intérieur 8 du moule dans l'enveloppe.
L'échappement du métal de coulée liquide de l'intérieur 8 d moule la
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jonction entre le moule et le tuyau est empêché par une garniture de laine de plomb 9 insérée dans une rainure 10 formée dans le corps du moule et entourant le tuyau en ce point,, De même, une garniture de laine de plomb 11 insérée dans une rainure 12 empêche l'échappement du métal de ooulée liquide à la jonction du moule et de l'enveloppe métallique 2. Une ouverture latérale 17 comportant un conduit de remplissage 18 par lequel le métal en fusion peut être coulé est prévue à la moitié supérieure du moule et une deuxième ouverture étroite 19 est aussi prévue au sommet du même élément 3.
Pendant l'opération de poulée, comme illustrée sur la figure 2, le moule se trouve dans une position telle que l'ouverture 19 est au point le plus élevé de l'intérieur du moule mais en.*dessous du niveau de l'ouverture du conduit 18. Les surfaces de l'enveloppe 2 et du tuyau 1 qui entrent en contact avec le métal en fusion sont étamées avant d'être enfermées dans le moule; il y a avantage à employer pour 1'étamage le même alliage que pour le métal de ooulée.
Apres que le moule a été plaoé en position et que les différentes jonctions ont été établies à étachéité de la manière décrite ci-dessus, le moule est renpli de suif chaud 20 qui a été chauffé préalablement à une température d'environ 200 C Le moule et le suif qui il
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renferme, lequel se sera refroidi pendant qu'on le versait dans le moule,
sont ensuite chauffés au moyen d'une source extérieure de chaleur constituée par des chalumeaux ou d'autres moyens convenables jusqu'à ce que le suif atteigne une température comprise entre 180 C et 190 C Le métal de coulée 21 qui est formé par un alliage renfermant 63% d'étain et 37% de plomb et qui a été chauffé préalablement à la température de 250 C est versé immédiatement depuis une poche 22 ou autre dispositif oonvenable dans le moule à travers le conduit 18, le suif 20 étant ainsi déplacé par le métal coulé de la manière illustrée sur la figure 2. Le suif liquide 20 s'échappe par l'ouverture 19et, pendant la première phase de la coulée, par le conduit 18, à une vitesse dépendant de la vitesse de coulée.
Lorsque le moule est rempli de métal 21, la coulée du métal est continuée à une vitesse réduite de façon à ce que le métal s'écoule en un faible courant par l'ouverture de sortie 19 du moule. On continue de la sorte jusqu'à ce que le métal 21 se solidifie à la sortie 19 et le conduit de remplissage 18 est alors rempli de métal jusqu'au bord.
L'opération de coulée s'effectue relativement vite et la poche 22 utilisée pour verser le métal fondu 21 dans le moule est chauffée préalablement dans le métal fondu, ce qui fait que la température du métal n'est pas abaissée lorsquton introduit celui-ci dans une poche froide. Ces
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précautions sont prises pour donner la certitude que la température du métal fondu 21 ne tombe pas sensiblement o au-dessous de 250 C lorsqu'on le verse dans le moule. Le métal renfermé dans la poche 22 est en outre muni d'une couverture protectrice de suif fondu 23 qui, finalement, s'échappe du moule avec la masse principale du suif 20.
Les deux parties 3 et 4 du moule en fonte sont enlevées après que le métal coulé 21 s'est solidifié, la partie ,du métal correspondant au conduit de remplissage 18 étant subséquemment enlevée si on le désire.
Sur les figures 3 et 4 est représentée une disposi- tion se prêtant à l'établissement d'un joint étanche au point où un tuyau ou tube 34, pouvant être par exemple en plomb, entre dans une enveloppe métallique 25 pouvant. aussi être mais n'étant pas nécessairement en plomb; le joint est exécuté en coulant du métal fondu d'une manière analogue à celle décrite ci-dessus mais avec cette différence que l'on utilise un moule 26 en une pièce qui est enfilée sur le tuyau 24 avant que celui-ci soit introduit dans l'enveloppe 25 et qui est prévue pour rester en position et former une partie constituante du joint terminé. Le moule 26, qui dans ce cas est fait en plomb, est conformé pour s'adapter aux surfaces externes/tuyau 24 et de l'en- veloppe 25.
L'entrée du métal de coulée dans l'enveloppe est empêchée, lorsque celle¯ci est en plomb, en plaçant
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ou une bande 27 de batiste laquée/de matière similaire'entre les surfaces adjacentes de ltenveloppe 25 et du tuyau 24 et en comprimant la paroi de l'enveloppe autour du tuyau au moyen d'une bride de serrage 28.
Lorsque l'enveloppe métallique 25 est faite en cuivre ou en un autre métal autre que le plomb, l'étanchéité du joint formé entre l'enveloppe et le tuyau peut être obtenue au moyen d'une garniture de laine de plomb insérée dans une rainure formée autour du tuyau au moyen d'un collier de bouterolle soudé à l'enveloppe de la manière décrite ci-dessus en regard de la disposit ion représentée sur les figures let 2, Le joint formé entre le tuyau 24 et le moule 26 est remiu étanche au moyen d'une bande 29 de batiste laquée ou d'une autre matière similaire placée entre les surfaces métalliques à l'entrée du tuyau 24 dans le moule 26, et d'une bride 30 serrée autour de l'extrémité du moule.
De façon analogue,, le joint formé entre le moule 26 et l'enveloppe 25 est ren- du étanche au moyen d'une bande 32 de batiste laquée ou d'une autre matière similaire et d'une bride 31.La paroi supérieure 33 du moule est munie d'une ouverture de remplis- sage 34 ainsi que d'une étroite ouverture 35 à travers laquelle un thermomètre peut être introduit et qui sert aussi à permettre l'échappement du flux déplacé pendant l'opéra tion de coulée. Les surfaces du tuyau 24 et de
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l'enveloppe 25 qui entrent en contact avec le métal de coulée sont étamées avec ce dernier métal et l'opération de coulée s'exécute d'une manière analogue à celle décrite ci-dessus.
Le moule 26 reste en position comme partie constituante du joint terminé et les brides extérieures 30 et 31 peuvent être enlevées pour un usage subséquent.
Dans le procédé déorit ci-dessus, la totalité du moule ainsi que les parties à joindre sont maintenues à une température déterminée contrôlée pendant le temps de coulée, de sorte qu'un refroidissement du métal de coulée ne se produit pas. De plus, il n'y a pas d'air dans le moule ce qui fait qu'il n'y a pas possibilité d'oxydation ou de formation de scorie dans le moule. On obtient un joint non poreux, étanohe aux liquides saus pression et un examen microscopique révèle une union métallique parfaite aux jonctions entre le métal coulé et le métal des parties jointes.
La durée du temps nécessaire pour exécuter un tel joint est approximativement la même que pour exécuter à la main une jonotion par joint soudé, mais le nouveau procédé à l'avantage qu'outre sa bienfaoture parfaite, il permet d'obtenir un joint de métal coulé de plus grande longueur et en général de beaucoup plus grandes dimensions que cela n'est possible aveo un joint soudé. Le procédé est particulièrement favorable pour
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l'emploi de métaux à point de fusion relativement bas, tels que le plomb et les alliages de plomb. Etant donné qi'il n'est pas nécessaire d'obtenir une phase plastique pour le métal de coulée (ce qui est essentiel pour une jonction à joint soudé), il est possible d'employer des alliages euteotiques et d'obtenir ainsi l'avantage d'une basse température de coulée.
Un tel alliage, qui a déjà été mentionné ci-dessus, renferme 63% d'étain et 37% de plomb et peut être coulé à 200 C :En introduisant dans le métal de coulée des métaux à point de fusion plus bas, tels que le cadmium, on peut atteindre une température de coulée encore plus basse. Par exemple, avec un alliage renfermant 31% de plomb, 52% d'étain et 17% de cadmium, o on peut effeotuer la coulée à une température de 155 C.
La nature du flux dépend dans une certaine mesure de la température à laquelle il doit être amené. es flux appropriés sont le suif, un mélange de résine et de suif et un mélange de résine et d'huile minérale.
Le procédé est applicable aveo avantage là où il est désirable de travailler à une basse température et de ne maintenir cette température que pendant un temps relativement court. Ces conditions se présentent dans l'exécution d'un joint entre un tuyau qui renferme ou comprend la gaine de plomb d'un câble électrique et une boîte de jonction ou un autre élément de raccordement
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dans ou à travers lequel passe le câble.
Bien que les dispositions décrites s'appliquent à la jonction de tuy-aux disposés horizontalement, on concevra que des tuyaux disposés verticalement ou autre- ment peuvent être joints de façon analogue en modifiante les moules de façon que l'ouverture de remplissage et l'ouverture de sortie se trouvent en d'autres points appropriés.
Résumé.
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Process for establishing a joint between two metallic elements by casting a metallic body around them ***************
The present invention relates to a method for establishing a seal between two metallic elements by
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flowing a metallic body around them. This process is applicable to most cases where it is possible to use a welded joint and other cases and, in general, it gives a better result than that obtained with a welded joint.
In this general process, the parts to be joined are enclosed in a preferably metallic mold and the metal is poured into this mold so as to fill it and thus surround the parts to be joined.
The mold may constitute a permanent part of the seal or be intended to be removed when the casting operation is complete.
According to the invention, the casting of the metal is prepared by filling the mold with a flow which is heated to approximately the temperature at which the metal is cast. This flow should be a stable liquid at this temperature, that is, it should not be near its boiling point. Preferably, heat is sent to the mold from an external source, in order to obtain the desired temperature inside it, this heating being continued until the mold as well as the parts located therein have reached advantageously an approximately uniform temperature.
The molten metal is then admitted into the mold and it displaces the flow which flows out through an opening provided in the
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top of the mold. During the flow of the metal, we stop heating the mold. When the metal has reached the opening at the top of the mold, the casting speed is reduced but this is preferably continued dropwise until the metal solidifies at the outlet opening.
In the accompanying drawing are illustrated, by way of example only, two embodiments of the method according to the invention.
Figure 1 shows in section an arrangement employed to make a seal between a metal pipe and a metal casing at the point where the pipe enters the casing, the metal mold used being subsequently removable. The section is taken at I-I in Figure 2i Figure 2 is a cross section through IL-11 in Figure 1 and illustrates the casting process;
Figure 3 shows in section through III-III in Figure 4 another arrangement for making a seal between a metal pipe and a metal casing at the point where the pipe enters the casing, the metal mold used being intended to remain permanently positionµ figure 4 is a cross section through IV-IV
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In Figures 1 and 2 is shown an arrangement .. sition lending itself to the establishment, by casting a metal, of a gasket at the point where a pipe l, which may for example be plob enters the opening of 'a metal casing 2 which may be in plob, copper or another metal.
The .function between the pipe and the casing is enclosed in a cast iron mold formed of two halves 3 and 4, the faces of which in engagement with each other are mechanically flattened; the two halves 3 and 4 are assembled by means of bolts 5 and nuts 6 engaging in clamping ears 7 formed on the outer face of the two halves 3 and 4.before inserting the pipe or tube 1 in the 'envelope 2, a relatively wide collar 13 is partially inserted into the opening of the envelope which is connected to the envelope by means of a welded joint 14.
The inside diameter of the quail 13 in the form of a bouterolle collar is large enough to allow the passage of the pipe 1 in the casing 2 and the section of the collar has a shape such that a packing groove 15 is formed around the pipe. In the groove 15 is placed a lead wool lining 16 which forms a tight seal to prevent the passage of liquid casting metal from the interior 8 of the mold into the casing.
The liquid casting metal exhaust from the inside 8 d molds the
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junction between the mold and the pipe is prevented by a lead wool insert 9 inserted in a groove 10 formed in the body of the mold and surrounding the pipe at this point ,, Likewise, a lead wool insert 11 inserted in a groove 12 prevents the escape of metal from the liquid flow at the junction of the mold and the metal casing 2. A side opening 17 having a filling duct 18 through which the molten metal can be poured is provided at the upper half of the mold and a second narrow opening 19 is also provided at the top of the same element 3.
During the pulley operation, as shown in Figure 2, the mold is in a position such that the opening 19 is at the highest point of the interior of the mold but below the level of the opening. of the conduit 18. The surfaces of the casing 2 and of the pipe 1 which come into contact with the molten metal are tinned before being enclosed in the mold; it is advantageous to use the same alloy for tinning as for the casting metal.
After the mold has been placed in position and the various junctions have been sealed in the manner described above, the mold is filled with hot tallow which has been previously heated to a temperature of about 200 ° C. and the tallow that he
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contains, which will have cooled while being poured into the mold,
are then heated by means of an external source of heat constituted by torches or other suitable means until the tallow reaches a temperature between 180 C and 190 C. The casting metal 21 which is formed by an alloy containing 63% tin and 37% lead and which has been previously heated to the temperature of 250 ° C. is poured immediately from a bag 22 or other suitable device into the mold through the duct 18, the tallow 20 thus being displaced by the metal cast in the manner illustrated in FIG. 2. The liquid tallow 20 escapes through the opening 19 and, during the first phase of the casting, through the conduit 18, at a speed depending on the casting speed.
When the mold is filled with metal 21, the casting of the metal is continued at a reduced speed so that the metal flows in a low current through the outlet opening 19 of the mold. This is continued until the metal 21 solidifies at the outlet 19 and the filling duct 18 is then filled with metal to the edge.
The casting operation takes place relatively quickly and the ladle 22 used to pour the molten metal 21 into the mold is preheated in the molten metal, so that the temperature of the metal is not lowered when the latter is introduced. in a cold pocket. These
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Precautions are taken to ensure that the temperature of the molten metal 21 does not drop substantially below 250 ° C. when it is poured into the mold. The metal enclosed in pocket 22 is further provided with a protective cover of molten tallow 23 which ultimately escapes from the mold with the main mass of tallow 20.
The two parts 3 and 4 of the cast iron mold are removed after the cast metal 21 has solidified, the part of the metal corresponding to the filling duct 18 being subsequently removed if desired.
In FIGS. 3 and 4 there is shown an arrangement suitable for forming a tight seal at the point where a pipe or tube 34, which may for example be of lead, enters a metal casing 25 which may be lead. also be but not necessarily lead; the joint is made by pouring molten metal in a manner analogous to that described above but with the difference that a one-piece mold 26 is used which is threaded onto the pipe 24 before the latter is introduced into the envelope 25 and which is intended to remain in position and form a constituent part of the finished joint. The mold 26, which in this case is made of lead, is shaped to fit the outer surfaces / pipe 24 and shell 25.
The entry of the casting metal into the casing is prevented, when the casing is lead, by placing
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or a strip 27 of lacquered batiste / similar material between the adjacent surfaces of the casing 25 and the pipe 24 and compressing the wall of the casing around the pipe by means of a clamp 28.
When the metal casing 25 is made of copper or of another metal other than lead, the sealing of the joint formed between the casing and the pipe can be obtained by means of a lead wool gasket inserted in a groove. formed around the pipe by means of a snap collar welded to the casing in the manner described above with regard to the arrangement shown in figures let 2, The joint formed between the pipe 24 and the mold 26 is remiu sealed by means of a strip 29 of lacquered batiste or other similar material placed between the metal surfaces at the entrance of the pipe 24 into the mold 26, and of a flange 30 tightened around the end of the mold.
Similarly, the seal formed between the mold 26 and the casing 25 is sealed by means of a strip 32 of lacquered batiste or other similar material and a flange 31. The upper wall 33 of the mold is provided with a filling opening 34 as well as a narrow opening 35 through which a thermometer can be inserted and which also serves to allow the escape of the flow displaced during the casting operation. The surfaces of the pipe 24 and
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the casing 25 which come into contact with the casting metal is tinned with the latter metal and the casting operation is carried out in a manner analogous to that described above.
Mold 26 remains in position as a component of the finished joint and outer flanges 30 and 31 can be removed for subsequent use.
In the process described above, the whole of the mold as well as the parts to be joined are maintained at a determined controlled temperature during the casting time, so that cooling of the casting metal does not occur. In addition, there is no air in the mold so there is no possibility of oxidation or slag formation in the mold. A non-porous gasket is obtained which is liquid sealed under pressure and microscopic examination reveals a perfect metallic union at the junctions between the cast metal and the metal of the joined parts.
The length of time required to perform such a joint is approximately the same as for performing a welded joint by hand, but the new process has the advantage that, in addition to its perfect fit, it allows to obtain a metal joint. cast of greater length and in general of much larger dimensions than is possible with a welded joint. The process is particularly favorable for
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the use of relatively low melting point metals, such as lead and lead alloys. Since it is not necessary to obtain a plastic phase for the casting metal (which is essential for a welded joint), it is possible to use euteotic alloys and thus obtain the advantage of low casting temperature.
Such an alloy, which has already been mentioned above, contains 63% tin and 37% lead and can be cast at 200 C: By introducing metals with a lower melting point into the casting metal, such as cadmium, an even lower casting temperature can be achieved. For example, with an alloy containing 31% lead, 52% tin and 17% cadmium, the casting can be carried out at a temperature of 155 C.
The nature of the flow depends to a certain extent on the temperature to which it must be brought. Suitable streams are tallow, a mixture of resin and tallow, and a mixture of resin and mineral oil.
The process is advantageously applicable where it is desirable to operate at a low temperature and to maintain this temperature only for a relatively short time. These conditions arise in the execution of a joint between a pipe which encloses or includes the lead sheath of an electrical cable and a junction box or other connecting element.
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in or through which the cable passes.
Although the arrangements described apply to the joining of horizontally disposed pipes, it will be appreciated that vertically or otherwise disposed pipes may be joined in a similar fashion by modifying the molds so that the filling opening and the outlet opening are at other suitable points.
Summary.
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